基于水热变化的青藏高原土壤冻融过程研究进展

青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明：① 在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。② 多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③ 不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④ 规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发展相适应的参数化方案以及模拟结构的调整,能够有助于高原冻融过程的模拟。     

基于GIS的青藏高原史前交通路线与分区分析

青藏高原自然环境恶劣,但并非是生命的禁区。确切证据表明,末次冰消期人类已扩张至高原地区,并通过长期实践形成了较为稳定的交通路线格局。通过构建自然因子模拟—遗址分布校正方法,利用GIS得到青藏高原史前交通路线模拟结果,再结合考古证据对模拟路线进行印证。依据模拟结果将高原分为以下4个区：东北区、东南区、西南区以及西北无人区。其中东北区路线遗址点密度高,落入路线内的遗址点数量占总数的88.56%。路线形成于旧石器时期,其方向为东西向,密切联系东北区的内部,并向外沟通黄土高原与北方地区,其形成与发展为彩陶、粟黍、小麦的传播以及丝绸之路的形成奠定了基础。东南区路线为南北走向,北与黄河上游地区连接,南与四川盆地、云贵高原沟通,加强了南北方地区的文化交流,是民族融合与交流的大走廊。西南区位于高原的腹心地带,模拟的路线体现了人类对青藏高原主体的征服,其线路总长度4602.32 km为3个区域内最长,是人类向高原进军的第2条重要通道。西北无人区主要为高寒荒漠区,其自然环境极端恶劣不适宜人类生存,故无路线分布。     

基于卫星遥感和再分析数据的青藏高原土壤湿度数据评估

土壤水是地表与大气在水热交换方面的关键纽带,是关键水循环要素,更是地表产汇流过程的关键控制因子。青藏高原是地球第三极,也是亚洲水塔,探讨青藏高原土壤水变化对于探讨青藏高原热力学特征变化及其对东亚乃至全球气候变化的影响具有重要意义,而获取高精度长序列大尺度土壤水数据集则是其关键。本文利用青藏高原100个土壤水站点观测数据,从多空间尺度（0.25°×0.25°,0.5°×0.5°,1°×1°）、多时间段（冻结和融化期）等角度,采用多评价指标（R、RMSE、Bias）,对多套遥感反演和同化数据（ECV、ERA-Interim、MERRA、Noah）进行全面评估。结果表明：① 除ERA外,其他数据均能反映青藏高原土壤水变化,且与降水量变化一致。而在那曲地区,遥感反演和同化数据均明显低估实测土壤水含量。从空间分布来看,MERRA和Noah与植被指数最为一致,可很好地反映土壤水空间变化特征;② 青藏高原大部分地区土壤水变化主要受降水影响,其中青藏高原西部边缘与喜马拉雅地区土壤水变化则受冰雪融水和降水的共同影响;③ 除阿里地区外,大部分遥感反演和同化数据在融化期与实测土壤水相关性高于冻结期,其中在那曲地区,遥感反演和同化数据均高估冻结期土壤含水量,却低估融化期土壤含水量。另外,遥感反演和同化数据对中大空间尺度土壤水的估计要好于对小空间尺度土壤水的估计。本研究为青藏高原土壤水研究的数据集选择提供重要理论依据。     

基于ASTER GDEM数据的青藏高原东部山区地形起伏度分析

以青藏高原东部山区为研究区,基于高空间分辨率的ASTER GDEM数据,通过AML语言编程调用ArcGIS中用于邻域分析的focal函数,计算不同邻域尺度单元下地形起伏度。研究表明:邻域尺度单元大小对地形起伏度计算至关重要,起伏度值先随邻域尺度单元面积增大而快速增大,当邻域尺度单元面积达一定阈值后,其增大速度开始减缓并趋于平稳,且在增速减慢过程中存在一明显拐点,即最佳邻域尺度单元。通过高差显著性变化检验法,确定最佳邻域尺度单元为5.0625km2,据此制作地形起伏度分级图,发现研究区自西北向东南地形起伏度逐步增加,地势以中度起伏(200～500m)为主。     

基于SWH模型的青藏高原高寒草甸蒸散发及其组分变化分析

基于Shuttleworth-Wallace Hu（SWH）双源蒸散模型对青藏高原那曲、纳木错、藏东南站蒸散发进行估算,在结果验证良好基础上,对青藏高原蒸散发变化特征及各站主要影响因素进行了分析。结果表明：SWH模型在青藏高原3个草甸站适用性良好;年蒸散发介于388~732 mm之间,年内分布呈先增大后减小特征;3站蒸散发组分差异较大,那曲站和纳木错站土壤蒸发对蒸散总量的贡献分别为53%和56%,藏东南站蒸散发则几乎全部由植被蒸腾贡献,占比高达95%;植被叶面积指数为3站蒸散发最主要的影响因素,饱和水汽压差对藏东南站蒸散发影响也较大。研究结果可对青藏高原蒸散发及其组分时空格局与水循环过程研究提供科学依据。     

2009-2015年国际青藏高原研究文献计量分析——基于SCIE和ESI数据

青藏高原及其周边地区以独特的自然地理环境和复杂的地质构造,及其对全球环境和气候变化不可忽视的影响,长期以来一直受到国际科学家的关注。本文以SCIE和ESI数据库为数据源,检索2009-2015年间上述数据库报道的青藏高原及其周边地区研究文献及其引用情况,通过文献计量方法,采用多种分析工具,从多个角度对青藏高原及其周边地区研究现状与进展情况进行分析,在此基础上总结近年来国际青藏高原领域的研究态势,主要结论为：整体上近年来国际青藏高原领域研究规模和学术影响力呈现良好发展态势;研究实力上,中国、印度、美国仍稳居国家论文产出前三位,但青藏高原周边国家如巴基斯坦、尼泊尔发展较快,在机构层面上中国机构的整体优势逐渐扩大。中国的青藏高原研究呈现出量、质齐升的发展态势;青藏高原的发文期刊仍以地学、环境类期刊为主,高被引论文主要发表在高质量的综合类期刊上。青藏高原的研究学科持续完备,研究内容地域特色明显,研究主题包括青藏高原的隆升机制、高原各个圈层对全球气候变化的影响、高寒生态系统的生物多样性及对全球变暖的响应等。今后,中国青藏高原研究应着力聚焦前沿科学问题,促进多学科交叉融合,提升协同化集成化自主科研创新能力,产出具有国际影响力的重大科学成果,为“一带一路”战略实施和区域生态环境管理提供科技支撑。     

基于SOFM神经网络模型的土地类型分区尝试——以青藏高原东部样带为例

基于土地类型自下而上的自然区划能够确立更加清晰的自然区划界线,是自然区划研究取得突破的关键。以青藏高原东部山区为研究区,采用神经网络模型与GIS技术,开展基于土地类型自下而上的区划研究。通过计算得到研究区地形综合指数、温暖指数、湿润指数、地被指数和水文指数5个自然指数指标,并将这些指标作为变量输入层,输入到建立的Self-Organizing Feature Maps神经网络模型中,对土地类型单元自下而上合并,生成青藏高原东部山区自然区划图,实现以土地类型单元为控制本底的定量化分区。结果表明:①可以将土地类型单元聚合成高原高寒稀疏植被区、高原高寒草甸草原区、高原高寒灌丛草甸区、高山深谷灌丛草甸区和高山深谷针叶林区5个自然带区域。②分区结果与中国生态地理区域划分的自然界线比较接近,相似性较高,分区结果较理想。     

基于NPP数据和样区对比法的青藏高原自然保护区保护成效分析

在青藏高原选择11个代表性自然保护区,基于高寒草地植被净初级生产力（Net Primary Production,简写NPP）变化过程数据,比较分析了自然保护区与其相邻等面积区域的NPP变化差异;采用样区对比法,在自然保护区内外选取21组对比样区,比较自然保护区建立前后及其内外的生态状况,评估了自然保护区的保护成效。研究表明：1. 1982-2009年间,82%的代表性自然保护区NPP比保护区周邻区域及青藏高原的平均水平低,反映了自然保护区的生态系统状况更为脆弱;2. 在代表性自然保护区中,曼则塘自然保护区的NPP增长趋势最为明显,塔什库尔干野生动物自然保护区的NPP增长趋势最弱;除色林错自然保护区外,以草甸和湿地为主的自然保护区NPP增速明显高于以草原与荒漠草地为主的自然保护区;3. 代表性样区的研究发现：① 自然保护区内76%以上的样区和国家级保护区内82%以上的样区NPP增加幅度明显高于保护区外对应样区的增幅;② 取得明显保护效果的有中昆仑、长沙贡玛、若尔盖和色林错等自然保护区;曼则塘自然保护区的东南部边缘地区和塔什库尔干野生动物自然保护区的北部边缘地区的效果不明显,可能与保护区及其周邻地区人类扰动增强密切相关;③ 高寒草甸类型自然保护区的保护效果最为显著,高寒草原类型自然保护区的保护效果较差。本研究展示了样区对比法在评估大区域生态变化中所具有的独特优势,其关键在于科学设计样区并进行合理的空间抽样。     

基于RS和GIS的青藏高原草地生态系统土壤水分保持功能及其经济价值评估——以生长季为例

根据生态系统服务功能理论,利用RS和G IS技术,以土壤含水量为基础因子,对青藏高原区草地生态系统的土壤水分保持功能及其价值的动态变化过程进行有效评价,以直接的货币形式反映出青藏高原主要草地类型的土壤水分保持功能的大小。通过计算和分析发现:(1)由于草地类型分布面积、单位面积保持量的影响,各种类型草地提供的土壤水分保持功能及其价值贡献率有较大差异,按照大小依次为:高寒草原类、高寒草甸类,高寒荒漠类、高寒草甸草原类和温性山地草甸类;(2)草地对土壤水分保持量及其价值呈现出较强的阶段性变化过程;(3)由于各种草地类型所处地理区域不同、草地本身各种自然特点和整体生态功能的不同,青藏高原草地生态系统提供的土壤水分保持功能及其经济价值呈现出明显的地域分布规律:自西北至东南逐渐降低。应该说,由于青藏高原地域、地理和独特气候等原因所致,本文计算得出的青藏高原草地生态系统土壤水分保持功能及其价值的具体数值不一定十分准确,但是能在一定程度上反映出土壤水分保持功能的强大及其在生长季中随时间变化的动态过程和基本规律(这种规律性结论与前人研究结论一致),这是一种在区域尺度上揭示草地生态系统土壤水分保持功能及其价值动态变化过程的方法尝试,这也是对动态评估生态服务功能的一种有益尝试。     

基于“课程思政”的地理议题式教学设计研究——以“探究青藏高原的形成”为例

思政教育是德育工作的主渠道,围绕立德树人的教育目标,在地理议题式教学开放的环境中进行合作探究,把学生的思政教育融于教学内容,在探究活动的体验与感悟中,做到学用贯通、知行统一,在辩证与分析的过程中锤炼理性思维、培养有责任担当的优秀品质。     

论青藏高原范围与面积

长期以来 ,种种因素导致学者们对青藏高原确切范围的认识和理解存在差异。根据青藏高原相关领域研究的新成果和多年野外实践 ,从地理学角度 ,充分讨论了确定青藏高原范围和界线的原则与涉及的问题 ,结合信息技术方法对青藏高原范围与界线位置进行了精确的定位和定量分析。得出 :青藏高原在中国境内部分西起帕米尔高原 ,东至横断山脉 ,横跨 31个经度 ,东西长约 2 94 5km ;南自喜马拉雅山脉南缘 ,北迄昆仑山 -祁连山北侧 ,纵贯约 13个纬度 ,南北宽达 15 32km ;范围为 2 6°0 0′12″N～ 39°4 6′5 0″N ,73°18′5 2″E～ 10 4°4 6′5 9″E ,面积为 2 5 72 4× 10 3km2 ,占我国陆地总面积的 2 6 8%。     

青藏高原的气候植被模型研究进展

气候植被研究是全球变化研究的重要内容, 而模型研究是气候植被研究的重要手段。青藏 高原以其特殊的自然环境特点, 形成了气候与植被独特的适应机制, 为许多通用气候植被模型所 不能反映, 加之所受到人类活动的干扰相对较少, 决定其为植被气候研究的重要实验场地。本文 回顾了气候植被模型发展的相关历程, 评述了每类模型的特点及其不足。从植被格局研究和植被 生产力研究两个方面, 对青藏高原的气候植被研究进行了总结和分析, 认为模型研究是气候植被 研究的重要手段, 而青藏高原的研究在这方面还比较落后, 同时对青藏高原气候植被模型研究中 存在的一些问题, 如数据精度、模型的适宜性和结果验证等进行了讨论。认为今后青藏高原气候 植被模型研究的重点应是进一步明晰气候植被的关键过程, 立足高原环境特点开发有高原特色 的气候植被模型。     

青藏高原东北部晚第四纪黄土-古土壤元素组成数据集

为研究青藏高原东北部晚第四纪黄土-古土壤的物质来源及记录的环境变化过程,于2012—2016年在研究区较大的空间范围内采集了黄土、古土壤、风成砂等样品,并于2013年9月在青海湖东岸的种羊场（ZYC）、2019年8月在青海湖北岸的刚察县（GC）和热水村（RS）采集了黄土-古土壤剖面样品。经过标准的XRF测试,得到青藏高原东北部晚第四纪黄土-古土壤元素组成数据集。该数据集包括：（1）青藏高原东北部小于75 μm组分的黄土-古土壤元素组成数据（ELE_NETP_LP）;（2）ZYC剖面的黄土-古土壤元素组成数据（ELE_NETP_ZYC）;（3）GC剖面的黄土-古土壤元素组成数据（ELE_NETP_GC）;（4）RS剖面的黄土-古土壤元素组成数据（ELE_NETP_RS）。数据集存储为.xlsx格式。该数据集可为青藏高原东北部黄土-古土壤的物质来源及记录的环境变化过程提供数据支撑。本数据集的相关研究成果发表在《中国沙漠》2020年第40卷第6期,《Quaternary International》2021年第580卷和《沉积学报》2021年第39卷第5期。     

近40年来西藏高原气候变化特征分析

本文利用西藏高原近40年来的逐月气象数据,通过时间序列分析和非参数Mann-Kendall检验方法,对西藏高原日照时数、平均气温、小型蒸发皿蒸发量和降水量4个基本气象要素变化特征进行了较为全面的分析,揭示了近40年来西藏高原气候变化的主要特征.结果表明:⑴日照时数是西北部长,东南部短,且东南部呈一定的下降趋势,西北部呈一定的上升趋势;⑵年平均气温以0℃和5℃为界划分为3个区,研究区全年总体表现出升温趋势,藏西地区的气温变化趋势大于藏东地区;⑶蒸发量年变化很大,研究区整体呈下降趋势,空间上表现为从西部向东部逐渐减少的趋势,其中仅西部和东南部小部分地区呈现出上升趋势,其余地区都为下降趋势;⑷降水趋势变率空间分布上的基本规律是:其大小由东往西逐渐减小,藏中和藏东为上升趋势,藏西为下降趋势.另外,4个要素各月与各季节的变化趋势与年变化趋势间表现出很好的一致性.     

西藏高原土壤可蚀性及其空间分布规律初步研究

采用数学模型和GIS分析相结合的方法，以西藏自治区土壤普查资料为数据源。计算出西藏高原各土种的土壤可蚀性K值。在此基础上，以县为单元并运用面积进行加权平均，获得该区的土壤可蚀性K值分布图。对高原特殊成土条件下可蚀性的研究与探索，有利于深入理解西藏高原的土壤侵蚀特点、规律及其成因，提高土壤侵蚀的预报精度。     

距今30万年来西藏中部地区环境变化与西南季风变迁

通过对西藏中部黄土/古土壤/风成砂地层沉积相、年代以及夏季风强度替代指标磁化率等的综合研究,并与印度洋RC27-61孔的沉积速率、粒径和W¹⁸O记录以及黄土高原洛川剖面磁化率的对比,提出西藏中部在距今30万a以来经历了数次夏季风盛衰时期,与此相应,区域环境出现了数次暖湿与冷干变化,它们与全球冰期/间冰期气候变化相对应。     

1972-2012年青藏高原中南部内陆湖泊的水位变化

青藏高原的湖泊水位变化能够清晰的记录湖泊波动,分析近几十年来气候变暖背景下青藏高原典型湖泊水位的动态变化,对理解全球变化的区域响应特征和规律有重要意义。本文利用多源遥感数据,获取1972-2012年青藏高原南部地区5个典型湖泊的面积与水位序列,并分析了40年来湖泊水位的变化特征。研究结果表明,1972-2012年,普莫雍错,塔若错,扎日南木错水位呈上升趋势,分别上升了0.89 m、0.70 m、0.40 m;同期,佩枯错与玛旁雍错的水位呈下降趋势,分别下降了1.70 m、0.70 m。总体来看,五个湖泊在1990s-2012年的变化比1970s-1990s的变化更剧烈,从空间变化看,处于青藏高原边缘地带的佩枯错与玛旁雍错发生的变化呈现一致性,而位于中部地带的塔若错与扎日南木错的变化也呈现一致性。     

藏北高原土壤的温湿特征

通过藏北高原两个站点(D110和安多)土壤温湿特性的分析,表明浅层土壤温度的变化幅度明显的比深层的要大,而且浅层土壤温度受地表随机天气过程的影响较大。浅层(20cm)土壤在未冻结前湿度的变化幅度不但受形成降水的地表随机天气过程的影响,而且受其下层土壤湿度状况的影响。下层土壤湿度越小,浅层(20cm)土壤湿度的变化幅度越大。土壤湿度和土壤温度之间存在着明显的相互关系,土壤的湿度状况能够影响土壤温度变化的幅度和土壤温度变化的趋势。     

Biodiversity and conservation in the Tibetan Plateau

The Tibetan Plateau (Qinghai-Xizang Plateau) is a unique biogeographic region in the world, where various landscapes, altitudinal belts, alpine ecosystems, and endangered and endemic species have been developed. A total of 26 altitudinal belts, 28 spectra of altitudinal belts, 12,000 species of vascular plant, 5,000 species of epiphytes, 210 species of mammals, and 532 species of birds have been recorded. The plateau is also one of the centers of species formation and differentiation in the world. To protect the biodiversity of the plateau, about 80 nature reserves have been designated, of which 45 are national or provincial, covering about 22% of the plateau area. Most of the nature reserves are distributed in the southeastern plateau. Recently, the Chinese government has initiated the “Natural Forests Protection Project of China,” mainly in the upper reaches of the Yangtze and Yellow rivers. “No logging” policies have been made and implemented for these areas.